4.1.1. Определение прочности хлопка разрывом пучка (штапелька) волокон

Цель работы. Изучение и применение метода, прибора и методики мате­матической обработки результатов испытания волокон.

Задание. Изучить прибор и метод, провести испытание, обработать результаты и оценить по стандарту качество волокна.

основные сведения

Существует две группы методов испытания на разрыв: разрыв пучка (штапелька) волокон и разрыв одиночных волокон.

При разрыве пучка получают усредненную приведенную ха­рактеристику прочности волокна — разрывную нагрузку и лишь иногда очень приближенно оценивают удлинение при разрыве [4.1]. Эти методы сравнительно малотрудоемки и требуют при­менения относительно несложных приборов. Благодаря этому они получили широкое распространение в промышленности и научной практике. Однако указанные методы позволяют полу­чить лишь крайне ограниченную информацию о прочностных характеристиках волокна.

В Советском Союзе разработаны и стандартизированы ме­тоды определения прочности разрывом пучка для хлопка-волок­на (ГОСТ 3274.1—72*) [4.2] и шерсти (ГОСТ 20269—74*) [4.3].

Рис. 4.3. Разрывная ма­шина (динамометр) ДШ-ЗМ

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Приготовление пучков волокон. Из пробной лен­точки, подготовленной на вытяжном приборе (см. с. 89), отделяют наве­ску волокна для приго­товления пучков (штапельков) в количестве, указанном в ГОСТ 3274.1—72, в зависимо­сти от длины волокон. Так, для волокна длиной менее 35/36 мм масса на­вески должна составлять 50—60 мг.

Из навески с помо­щью зажима № 1 и плю­шевой доски с упором готовят штапелек с од­ним ровным концом. При­готовленный штапелек захватывают специальным зажимом так, чтобы ровный конец выступал из зажима на величину А (для волокон длиной до 35/36 мм А = 16 мм). Затем стальным гребнем из штапеля вычесывают волокна, длина которых меньше /1, причем сначала штапелек прочесывают редким, а потом частым гребнем. Прочес ведут постепенно, так, чтобы не вытаскивать волокна, зажатые в губ­ках. Затем штапелек освобождают от зажима, прочесанный ровный конец зажимают в левой руке, а свободный конец по 2 раза прочесывают гребнем. Расчесанный штапелек делят на 10 равных штапельное так, чтобы в каждый вошли волокна всех длин.

Разрыв пучков хлопка-волокна, а также шерсти и химических волокон производят на штапельном динамометре ДШ-ЗМ со шкалой до 3000 гс * (1 гс≈ 0.98cH) и ценой деления 20 гс (рис. 4.3). Пучок волокон закрепляют в зажимах с риф­леными губками. Верхний съемный зажим 8 навешивают двойным крючком на шпильку, укрепленную на конце стальной гибкой ленты 7. Лента свободно огибает сектор 4 и одним концом закреплена на нем. Сектор посажен на ось 5, на этой же оси укреплена маятниковая система, состоящая из шкалы 20, укрепленной на тяге 6, и маятника 23 с грузом 22. На оси 5 укреплен также храповой сектор 3, зубья храповика которого опираются на пакет соба­чек 2, расположенный на оси /, фиксируя положение маятника. Собачки тя­гой 21 соединены с рычагом 19, с помощью которого они могут быть подняты для возвращения маятника в исходное положение.

Нижний зажим 10 укреплен гайкой на конце вертикального штока 13, свободно скользящего в направляющей 14. Шток связан с рычагом 12 по­средством ролика, входящего в прорезь рычага. При освобождении защелки 18 рычаг 12 под действием груза 11 поворачивается относительно оси 16 и, надавив на шток 13, увлекает вниз зажим 10. Для плавного опускания за­жима рычаг шарнирно соединен со штоком масляного демпфера 17, настрой­кой которого можно регулировать скорость опускания нижнего зажима. Нижний зажим, опускаясь, тянет за собой пучок волокон 9, а через него — верхний зажим. При этом относительно оси 5 возникает вращающий момент, который уравновешивается моментом, возникающим вследствие отклонения маятниковой системы от вертикального положения. При обрыве пучка воло­кон положение маятниковой системы фиксируется храповым сектором 3 и со­бачками 2. Неподвижный указатель 15 служит для отсчета нагрузки по шка­ле 20.

Каждый пучок волокон перед заправкой в зажимы динамометра еще раз распрямляют, не допуская протаскивания волокон. Ровный конец пучка дли­ной 8 мм заправляют в снятый с прибора верхний зажим. Верхний зажим подвешивают па стальную лепту 7 прибора, после чего другой конец пучка вводят и закрепляют в нижнем зажиме так, чтобы все волокна в пучке были параллельны.

Хлопок-волокно испытывают при расстоянии между зажимами 3 мм и ско­рости опускания нижнего зажима 300 ± 15 мм/мин. Для разрыва пучка, слег­ка придержав груз //, освобождают рычаг 12 поворотом защелки 18. После обрыва штапелька в отчетную таблицу (форма 4.1) записывают показание шкалы нагрузки с погрешностью до 0,5 деления. Затем, придерживая маят­никовую систему за тягу б, освобождают рычагом 19 собачки 2, возвращая систему в исходное положение. После этого поворотом рычага 12 нижний зажим также возвращают в исходное положение. Открывая зажимы, выни­мают оба конца разорванного пучка и взвешивают их на торсионных весах с погрешностью до 0,05 мг. Так последовательно разрывают и взвешивают все 10 пучков.

Разрывную нагрузку Q_j; и массу каждого пучка М_i, заносят в отчетную таблицу (см. форму 4.1). Число волокон в каждом пучке т_i рассчитывают по формуле

m_i=mM_i

где т — число волокон в 1 мг (см. с. 94).

Форма 4.1

Номер пучка	Разрывная нагрузка пучка	Масса пучка Mj, г	Число волокон в пучке	Расчетная разрывная нагрузка на одно волокно Рj, гс	Отклонение от средней расчетной разрывной нагрузки Δ, гс
	Qj гс		mj
1
2
10

Σ

Далее рассчитывают:

промежуточную разрывную нагрузку на одно волокно в каждом пучке (гс)

P_i = Qi/т_i = Qi /(тM_i)

среднюю расчетную разрывную нагрузку для всех 10 пучков (гс)

отклонение от средней расчетной разрывной нагрузки по каждому пучку (гс)

Δ_i= P_i-

Результаты этих расчетов заносят в отчетную таблицу. Если отклонение от средней расчетной разрывной нагрузки превышает +0,3 гс, этот пучок исключают из дальнейших расчетов, а среднюю расчетную разрывную нагрузку пересчитывают для п пучков, не выходящих за указанные пределы.

Вследствие различия показателей удлинения при разрыве, а также прак­тически неодинаковой распрямленное™ отдельных волокон их разрыв при растяжении пучка происходит не одновременно. Поэтому разрывная нагрузка пучка волокон (2 всегда меньше суммы разрывных нагрузок отдельных воло­кон 2Р, составляющих пучок:

Q<ΣР.

Коэффициент, учитывающий неодновременность разрыва волокон в пучке,

β=Q/ΣP

Величина коэффициента β для волокон различных видов неодинакова, например для хлопка (3 = 0,675.

Средняя действительная разрывная нагрузка одиночного волокна с уче­том неодновремепиости разрыва волокон в пучке рассчитывается по формуле

Р_Р = /β.

Согласно ГОСТ 3274.1 — 72 [4.21 проводят два испытания одной пробы. Если разница между значениями действительной разрывной нагрузки превы­шает 0,3 гс, проводят третье испытание. За окончательный результат в этом случае принимают среднее арифметическое трех испытаний. Затем рассчиты­вают разрывную нагрузку в сантиныотонах (сН).

Особенности испытания волокон шерсти на разрыв штапелем [4.З.] Об­щую пробу мытой шерсти тщательно перемешивают, затем расстилают на столе. Из нескольких мест отбирают 3 точечные пробы массой 20 г каждая. Пробу разрыхляют вручную, а затем расчесывают на валике диаметром 20 — 35 см, покрытом игольчатой лентой № 26 — 28, при частоте вращения 20 мш-г~'. Иглы распрямляют и параллелизуют волокна, образуя па поверхности ва­лика ленту. Ленту снимают с валика и укладывают на доску. Прочесывание повторяется несколько раз. Таким образом получают 30 прядей, из них 5 за­пасных.

Для лучшей параллелизации волокон пряди прочесывают несколько раз с одной и другой стороны металлическими гребнями с частотой 8 — 9 игл на 1 см. Затем пряди в распрямленном состоянии средней их частью заправ­ляют в резак и вырезают пучок длиной 25 мм и массой 3 — 4 мг. Пучки вы­держивают 24 ч в нормальных условиях, а перед разрывом каждый пучок взвешивают на торсионных весах с погрешностью до ±0,05 мг.

Испытание на разрыв проводят па динамометре ДШ-ЗМ или динамо­метре ДШ-ЗМ-1 со скоростью движения зажима 4 мм/с. После разрыва пуч­ков волокна собирают пинцетом в бюксу и все вместе взвешивают на анали­тических весах с' погрешностью ±10 мг. Затем рассчитывают среднюю раз­рывную нагрузку пучка Р_п и относительную разрывную нагрузку Р₀ по фор­мулам

Р_i = ΣР_i/n; Р₀ = ΣР_j1/т • 10³,

где Р_i — разрывная нагрузка пучка; п — числа пучков.

За окончательный результат испытаний принимают среднюю арифметиче­скую величину из двух испытаний элементарных проб.

Если расхождение в результатах между двумя пробами превышает 1 сН/текс, проводят испытание третьей лабораторной пробы и за окончатель­ный результат принимают среднее арифметическое трех испытаний.

УКАЗАНИЯ ПО ОТЧЕТУ

Отчет должен содержать: краткое описание методики испытаний; схему ди­намометра; результаты испытания и их математическую обработку (см. фор­му 4.1) оценку сорта хлопка-волокна по разрывной нагрузке согласно ГОСТ 3279—76 [4.4].